Циклы паросиловых установок

После изучения главы 9 бакалавр должен: знать

• • цикл Карно во влажном парс;
• • цикл Рснкина; уметь
• • рассчитывать полезную работу цикла Ренкина;
• • термический КПД цикла Ренкина; владеть
• • теоретическим аппаратом повышения КПД цикла Ренкина.

Цикл Карно во влажном паре и его недостатки

Паросиловые установки (ПСУ) отличаются от газотурбинных двигателей и двигателей внутреннего сгорания тем, что рабочим телом служит пар какой-либо жидкости (обычно водяной нар), а продукты сгорания топлива являются лишь промежуточным теплоносителем.

Наиболее совершенным идеальным циклом, как известно, является цикл Карно. Паротурбинная установка, работающая по циклу Карно, должна состоять из парового котла, парового двигателя, конденсатора и компрессора. Цикл Карно, где в качестве рабочего тела используется влажный насыщенный пар, в Ts- и рт-диаграммах представлен на рис. 9.1 и 9.2. Рассмотрим процессы цикла: линией 1—2 изображается адиабатный процесс расширения пара в цилиндре двигателя; линией 2—3 изображается процесс конденсации пара в конденсаторе; линией 3—4 изображается процесс сжатия пара в компрессоре; линией 4—1 изображается процесс парообразования (кипения)в котле.

Рис. 9.1. Идеальный цикл ПСУ в Тл-диаграмме.

Рис. 9.2. Идеальный цикл ПСУ в ре-диаграмме

Термический КПД цикла Карно с насыщенным паром в качестве рабочего тела определяется по формуле

Паросиловые установки, работающие по циклу Карно, имеют существенные недостатки, что делает нецелесообразным их применение. Главные из этих недостатков следующие. Процесс конденсации пара (линия 2—3) осуществляется не полностью. В связи с этим сжатию в компрессоре будет подлежать влажный пар, имеющий большой удельный объем v$. Это приводит к необходимости использования цилиндра компрессора больших размеров. Размеры цилиндра возрастают также с увеличением давления пара в котле и с уменьшением давления пара в конденсаторе, т.с. при переходе к режимам с большими разностями температур (Т — Г₂), которые приводят к наиболее высокому КПД. Кроме того, влажность пара х₂ в конце процесса адиабатного расширения (линия 1—2) оказывается высокой, что не позволяет применять паровые турбины вследствие эрозии турбинных лопаток.

Таким образом, главный недостаток цикла Карно во влажном паре заключается в необходимости использования громоздкого компрессора и больших затратах работы (равной пл. (5—4—3—6—5)) на сжатие пара в процессе, изображаемом линией 3—4.